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刀具材料与切削液的选择

  1.工具钢刀具

  其耐热温度约在200~300℃之间,只能适用于一般材料的切削,在高温下会失去硬度。由于这种刀具耐热性差,要求冷却液的冷却效果要好,一般采用乳化液为宜。

  2.高速钢

  这种材料是以铬、镍、钨、钼、钒(有的还含铝)为基础的高级合金钢,它们的耐热明显比工具钢高,允许的最高温度可达600℃。与其他耐高温的金属和陶瓷材料相比,高速钢有一系列优点,特别是它具有较高的坚韧性,适合于几何形状复杂的工件和连续切削加工,而且,高速钢具有良好的可加工性和价格上容易被接受。使用高速钢刀具进行低速和中速切削时,建议采用油基切削液或乳化液。在高速切削时,由于发热量大,以采用水基切削液为宜。若使用油基切削液会产生较多的烟雾,污染环境,而且容易造成工件烧伤,加工质量下降,刀具磨损增大。

  3.硬质合金刀具

  用于切削刀具的硬质合金是由碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)、碳化钽(TaC)和5%~10%的钴组成,它的硬度大大超过高速钢,最高允许工作温度可达1000℃,具有优良的耐热性能,在加工钢铁材料时,可减少切屑间的粘结现象。在选用切削时,要考虑硬质合金对骤热的敏感性,尽可能使用刀具均匀受热,否则会导致崩刃。在加工一般材料时,经常采用干切削,但在干切削时,工件温升较高,使工件产生热变形,影响工件加工精度,而且在没有润滑剂的条件下进行切削,由于切削阻力大,使功率消耗增大,刀具的磨损也加快。干切削也是不很合算的。

  4.陶瓷刀具

  采用氧化铝(AI2O3)、金属和碳在高温下烧结而成,这种材料的高温耐磨性比硬质合金要好,一般采用干切削,但考虑到均匀的冷却和避免温度过高,也常用水基切削液。

  5.金刚石刀具

  具有极高的硬度,一般采用干切削。为避免温度过高,也象陶瓷材料一样,许多情况下采用水基切削液。在选用切削液时一般油基切削液的热传导性能较差,使刀具产生骤冷的危险性比水基切削液小,所以一般选用含有抗磨添加剂的油基切削液为宜。在使用冷却液进行切削时,要注意均匀冷却刀具,在开始切削之前,最好预先用切削液冷却刀具。对于高速切削,要用大流量切削液喷淋切削区,以免赞成刀具受热不均匀产生崩刃,亦可减少由于温度过高产生蒸发形成和烟污染。首先要了解到油基和水基切削液的特性!一般来说,油基切削液的润滑性能好,而水基切削液冷却性能好,而乳化液即具有一定的润滑性和防锈性,又有一定的冷却性和清洗性,但是容易产生微生物而发生分解变质。

  主要从下列几个方面考虑切削液的选择:

  1.根据工件材料选择

  切削加工-工件材料可切削性对切削液的选择:工件材料的可切削性对切削液的选择具有重要的意义。切削加工的具体情况和要求不同,切削加工的难易程度就不同。粗加工时,要求刀具的磨损慢和加工生产率高;精加工时,要求工件有高的精度和较小的表面粗糙度。对于难加工的材料应选用活性高、含抗磨、极压添加剂的切削液;对于容易加工的材料则选用不含极压添加剂的切削液。切削有色金属和轻金属时,切削力和切削温度都不高,可选用矿物油和高浓度乳化液。切削合金钢时,如果切削量较低、表面粗糙度要求较小(如拉削以及螺纹切削),此时需要优异润滑性能的切削液,可选用极压切削油和高浓度乳化液。切削铸铁与青铜等脆性材料时,切削中常形成崩碎切屑,容易随切削液到处流动,流入机床导轨之间造成部件损坏,可使用冷却和清洗性能好的低浓度乳化液。

  2.根据工件方法选择

  较高切削速度的粗加工中(例如:车削铣削钻削),要求切削液具有良好的冷却性能,这时应选用水基切削液以及低浓度乳化液。在一些精密的高强度加工中(例如:拉削、攻丝、深孔钻削、齿轮加工), 此时需要切削液具有优异的润滑性能,可选用极压切削油和高浓度乳化液。

  3.根据刀具材料选择

  a .工具钢刀具:此类刀具的耐热温度在200 — 300 o C ,耐热性能差,高温下会失去硬度,因此要求采用冷却性能好的切削液,以低浓度乳化液为宜。

  b .高速钢刀具:高速粗切削时,切削量大,产生大量的切削热,为避免工件烧伤而影响加工质量,应采用冷却性好的水基切削液;如果用高速钢刀具进行中、低速的精加工时,为减小刀具和工件的摩擦黏结,抑制切削瘤生成,提高加工精度,一般采取油基切削液或高浓度乳化液。

  c .硬质合金刀具:此类刀具熔点和硬度较高,化学和热稳定性较好,切削和耐磨性能比高速钢刀具要好的多。在一般的加工中可使用油基切削液。如果是重切削时,切削温度很高,容易极快磨损刀具,此时应使用流量充足的冷却润滑液,以3% — 5% 的乳化液为宜(采用喷雾冷却,效果更好)。

  d .陶瓷刀具、金刚石刀具、立方氮化硼刀具:这些刀具硬度和耐磨性较高,切削时一般不使用切削液,有时也可使用水基切削液。

  4.根据机床要求选择选择切削液时,必须要考虑到机床结构是否适应。一般要按照机床说明书规定的切削液品种,如没有特殊理由不要轻易更改,以免导致机床损坏。

  5.根据经济效益选择
选择切削液必须进行综合的经济分析,正确的评价切削液的经济效益。费用大致有:购买切削液的费用、切削液的管理费用、切削刀具的耗损费、生产效率的提高、切削液的使用周期、切削液的废弃处理费用等诸多方面。在加工产品的总费用里,购买切削液的费用只占很小一部分,如果正确地选用了切削液而改善了产品质量和操作环境,提高了加工效率,延长刀具的耐用度,减少了切削液补充、管理的费用….. 从而带来显著的经济效益。如果选用不当,会产生相反的效果。所以需要进行综合的经济分析。

  6.其他方面的考虑

  如果选用了油基切削液,就需要强调防火安全性;如果选用了水基切削液,就应考虑切削液的排放问题,企业应具备废液处理设施和采取相应措施。另外需要遵循安全卫生法、消防法、污水排放法等法规!


 

(常州海纳化学技术部)

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